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leyu乐鱼网站登录-一种单光子探测自由空间区段光谱遥感技术

发布时间:2021-12-24 作者: leyu乐鱼网站登录

近日,中国科学院上海微系统与信息手艺研究所研究员尤立星团队、中国科学手艺年夜学传授夏海云团队与中国航空工业团体公司第三〇四研究所飞秒激光周详丈量团队合作,发现了一种单光子探测自由空间区段光谱遥感手艺,实现了自由年夜气中二氧化碳(CO2)和半重水(HDO,其天然品貌约为H2O的1/3200)有距离分辩率的光谱遥感阐发。该研究功效以Photon-countingDistributedFree-spaceSpectroscopy为题颁发在Light:Science&Applications上。

牛顿操纵三棱镜将太阳光分化成由红到紫持续摆列的七彩光带,首创了光谱学研究的先河。跟着光谱阐发手艺的成长,人们对物资成份的熟悉加倍清楚。气体接收光谱包括着年夜量份子特点信息(种类、浓度、压强、温度等),被称为份子辨认的“指纹”。

今朝年夜气气体遥感阐发手艺可以分为被动式和自动式。被动式气体遥感手艺,如傅里叶红外光谱仪、光栅光谱仪等,已普遍利用在地基、机载和星载平台,实现广域甚至全球规模的气体监测。这些方式只能取得几千米甚至几百千米全部气柱的总接收光谱,难以直接取得距离分辩信息。自动式遥感手艺中,激光雷达因具有远距离非接触式探测、高时空分辩率等特点,备受存眷。现有的气体探测自动激光雷达首要包罗两种:一种是距离分辩差分接收激光雷达,经由过程比力待测气体光谱强接收位置和弱接收位置的激光后向散射旌旗灯号强度的差别,实现有距离分辩率的气体浓度遥感,可是数据反演时需要已知气体光谱线型。另外一种是路径积分差分接收激光雷达,经由过程探测远端方针反射旌旗灯号的强度来实现,当增添激光波长采样数目时,可取得路径积分的平均光谱,但没法取得距离分辩信息。

研究团队颠末多项焦点手艺攻关,实现了有距离分辩的年夜气光谱阐发。研究人员采取光频梳拍频锁定手艺,实现探测激光在百纳米光谱规模内的切确波长锁定,可实现多种气体的同时阐发;不再依靠提高激光器功率和扩年夜千里镜面积,而是研制了高效力、低噪声、年夜面元的超导纳米线单光子探测器,提高激光雷达探测信噪比;提出及时抵偿手艺,经由过程高速切换、瓜代发射探测激光和参考激光,及时校订年夜气气溶胶转变、湍流影响千里镜领受效力、出射激光功率漂移、探测器效力转变等身分。该系统采取30组探测激光和参考激光时分复用,相当在集成了30套双波长差分接收激光雷达。

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72小时年夜气CO2和HDO浓度和风场同步探测

经由过程程度扫描,该手艺已实现百平方千米规模CO2浓度遥感,为碳源碳汇的监测和核算供给新手段。经由过程脉冲式光纤放年夜器的优化,该系统可实现光通讯波段中的多种气体光谱(CO、CO2、H2O、HDO、NH3、C2H2、H2S和CH4等)的遥感阐发。该手艺可利用在温室气体的监测、易燃易爆和有毒气体的泄漏预警、年夜气原位化学反映和同位素监测等研究。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41377-021-00650-2

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